5.7 Hinweise zur Luftheizung bei Bürogebäuden
5.7.3 Luftheizung bei Räumen mit unterschiedlich hohen internen Wärmequellen
und Heizleistung miteinander gekoppelt sind. Weisen Räume unterschiedliche Anforderungen an die Höhe des Außenluftvolumenstroms und die Heizleistung auf, ist eine Einzelraum-regelung für den Volumenstrom oder die Zulufttemperatur erforderlich. Wird dieses kosten-intensive Regelkonzept nicht realisiert, sondern die Zulufttemperatur zonenweise geregelt, ergeben sich zwangsläufig Abweichungen vom idealen Betriebsverhalten. Verdeutlicht werden soll dies an einem Beispiel. Betrachtet werden die in Abb. 5-20 skizzierten zwei Räume. Die geometrischen Abmessungen entsprechen den Angaben aus Abschnitt 4.1.1.
1. Chef-Büro: 1 Person auf 30 m²; 1 PC-Arbeitsplatz, der selten genutzt wird
2. CAD-Büro: 3 Personen auf 30 m² mit jeweils einem CAD-Arbeitsplatz (großer Bildschirm, leistungsstarker Rechner, hohe Beleuchtungsstärke).
Chef-Büro 30 m²; 1 Person q =10 W/m² qint,maxint,mittel=4 W/m²HNFHNF
CAD-Büro 30 m²; 3 Person q =35 W/m² qint,maxint,mittel=20 W/m²HNFHNF
QTrans QTrans
Q i
Q i Q i
Q i
Q i
Heizregister
Abb. 5-20: Skizze der untersuchten Räume Luftheizung-Cheff-CAD-Büro.cdr
Das Chef-Büro benötigt wegen der geringen Personenbelegungsdichte nur einen geringen Außenluftvolumenstrom. Gleichzeitig ist in diesem Raum aber eine vergleichsweise hohe Heizleistung erforderlich, da nur ein geringer Abwärmestrom Q&int von den elektrischen Geräten (Beleuchtung, PC) und Personen abgegeben wird. Das CAD-Büro benötigt hingegen wegen der größeren Personenbelegungsdichte einen höheren Außenluftvolumenstrom, wegen des höheren internen Abwärmestroms &
Qint aber nur eine geringere Heizleistung. Die Zulufttemperatur wird jedoch bei der hier unterstellten Zonenregelung für beide Räume einheitlich über ein Heizregister geregelt.
Es stellt sich die Frage, welche Zulufttemperatur im Zonenheizregister eingestellt werden soll.
Für das aufgezeigte Beispiel sind zwei unterschiedliche Regelstrategien denkbar:
1. Die Zulufttemperatur wird entsprechend der maximalen Heizleistung (Chef-Büro) gewählt.
Die dem CAD-Büro zugeführte Heizleistung ist in dem Fall zu groß, so dass sich ein Anstieg der Raumtemperatur ergibt. Dieser kann jedoch durch das Öffnen der Fenster begrenzt werden (z. B. auf 24°C).
2. Die Zulufttemperatur wird entsprechend der minimalen Heizleistung gewählt (CAD-Büro).
Die erforderliche Heizleistung im Chef-Büro wird durch ein Anheben des Zuluftvolumenstroms erreicht.
Welche der beiden Strategien günstiger ist, hängt von der Anzahl von Chef- und CAD-Büros ab. Denkbar ist auch eine Kombination aus beiden Strategien. In allen Fällen wird sich jedoch der Primärenergiebedarf des Gebäudes gegenüber der idealisierten Betrachtung erhöhen. Die gemessenen Verbrauchsdaten der in Abschnitt 4.6 vorgestellten realen Modellgebäude, die beide eine Luftheizung aufweisen, zeigen jedoch, dass der Anstieg des Primärenergiebedarfs voraussichtlich nur von untergeordneter Bedeutung sein wird.
Einflussparameter
Das Beispiel verdeutlicht, dass die Fragen des geeigneten Regelkonezptes und der optimalen Betriebsführung in weiteren Studien untersucht werden müssen. Nach ersten Vorüberlegungen sollten u. a. folgende Einflussparameter in die Betrachtung mit einbezogen werden:
· U-Wert der Gebäudehülle
· Lage des Raumes im Gebäude (z. B. Mittelraum, Eckraum, ...) und Orientierung
· Anlagenkonzept (z. B. konstanter oder variabler Volumenstrom)
· Maximale Differenzen in den internen Wärmequellen, D&
int,max
Q
· Regelkonzept (z. B. Einzelraumregelung, Zonenregelung, Führungsraum, ...)
· Wirksame Speicherkapazität der Räume
· Betriebsweise der Analge (z. B. kontinuierlich, intermittierend, ...).
Die Vielzahl der Parameter deutet darauf hin, dass es auch hier keine einfache verallgemeinerbare Aussage geben kann, sondern die optimale Lösung im Einzelfall gefunden werden muss.
Ohne späteren Untersuchungen vorgreifen zu wollen, soll ein für gut gedämmte Gebäude wichtiger Aspekt der Luftheizung kurz beleuchtet werden. Untersucht wird die These, dass die Temperaturdifferenzen im Winter innerhalb eines Gebäudes umso geringer werden, je besser der Wärmeschutz der Gebäudehülle ist.
Der Grund für den verstärkten Temperaturausgleich in gut gedämmten Gebäuden liegt darin, dass der Transmissionswärmestrom Q&Trans an die Umgebung mit sinkendem U-Wert der Gebäudehülle geringer wird. Damit wächst der Einfluss der internen Wärmeströme Q&i auf die Energiebilanz der Räume. Dies soll an einem einfachen Beispiel aufgezeigt werden.
Berechnet wird die maximale Temperaturdifferenz, um die ein nicht beheizter Raum gegenüber den umgebenden Räumen auskühlt. Für eine erste einfache Abschätzung wird das Chef-Büro aus Abb. 5-20 betrachtet. Es wird angenommen, dass
· kein Luftaustausch zwischen dem Chef-Büro und der Umgebung über Fugen erfolgt
· keine Luftaustausch zwischen dem Chef-Büro und den Nachbarräumen oder dem Flur auftritt
· alle Nachbarräume (seitlich, oben, unten) die gleiche Temperatur aufweisen
· die Zuluft im Chef-Büro mit Raumtemperatur eingeblasen, dem Raum also keine Heizleistung zugeführt wird
· die Innen- und Außenbauteile entsprechend den Ausführungsvarianten aus Abschnitt 4 aufgebaut sind
· die Temperaturdifferenz „Raumtemperatur - Außentemperatur“ 20 Kelvin beträgt.
Im eingeschwungenen Zustand (stationäre Wärmestrombilanz) ergeben sich folgende maximale Temperaturdifferenzen in Abhängigkeit vom Wärmeschutz:
Wärmeschutz entsprechend Abschnitt 4 maximaler Temperaturabfall eines unbeheizten Raumes
„Standard-Bürogebäude“, Uges = 0,74 W/(m²K) ca. 9 Kelvin
„Passiv-Bürogebäude“, Uges = 0,25 W/(m²K) ca. 3 Kelvin
Tab. 5-10: Einfluss des Wärmeschutzes der Gebäudehülle auf den maximalen Tem-peraturabfall eines unbeheizten Raumes
Die Ergebnisse bestätigen die oben aufgestellte These. Die maximale Temperaturdifferenz ist in gut gedämmten Gebäuden geringer. Damit fallen auch die Nachteile der Luftheizung weniger schwer ins Gewicht. Es ist also durchaus denkbar, dass die Luftheizung ausschließlich ein Konzept für sehr gut gedämmte Gebäude ist. Um dies zu beantworten, sind weitere Unter-suchungen erforderlich.
6 ZUSAMMENFASSENDE BEWERTUNG
Am Schluss der Arbeit werden die Ergebnisse kurz zusammengefasst und die wesentlichen Aussagen hervorgehoben. Dabei werden diese vor dem Hintergrund der getroffenen Annahmen und Vereinfachungen diskutiert. Analog zum bisherigen Vorgehen wird bei der zusammenfassenden Bewertung zwischen den zwei inhaltlichen Teilen unterschieden.
Erster Teil: Beispielhafte Darstellung der Möglichkeiten und Konsequenzen einer hohen energetischen Effizienz (Abschnitt 4)
Um die Möglichkeiten und Konsequenzen einer weit reichenden Steigerung der energetischen Effizienz bei Büro- und Verwaltungsgebäuden zu untersuchen, werden in Abschnitt 4 mit Hilfe von dynamischen Simulationsrechnungen zwei Ausführungsvarianten eines Beispielgebäudes verglichen. Die Variante „Standard-Bürogebäude“ repräsentiert eine Ausführung, bei der keine Energiesparmaßnahmen über das gesetzliche Mindestmaß (Wärmeschutzverordnung 1995) hinaus ergriffen wurden. Bei der Variante „Passiv-Bürogebäude“ werden im Gegensatz sehr weitgehend die zu vertretbaren Kosten derzeit auf dem Markt verfügbaren Energiespar-maßnahmen umgesetzt. Aus dem Vergleich lassen sich in Bezug auf die Variante „Passiv-Bürogebäude“ folgende Aussagen treffen:
· Aufgrund des hohen Effizienzstandards wird eine Primärenergieeinsparung von 71 % erzielt
· Es kann auf eine aktive Kühlung im Sommer verzichtet werden
· Die energieeffiziente Ausführung „Passiv-Bürogebäude“ ist dem „Standard-Bürogebäude“
wirtschaftlich überlegen.
Diese drei durch Beispielrechnungen gewonnenen Ergebnisse werden kurz in Bezug auf folgende Punkte diskutiert:
a) Belastbarkeit des Berechnungsverfahrens
b) Realitätsnähe des verwendeten Berechnungsmodells / Gebäudemodells c) Übertragbarkeit der Ergebnisse auf andere Gebäude.
Primärenergiebedarf und Raumkomfort
a) Primärenergiebedarf und Raumkomfort werden im Wesentlichen über dynamische Simulationsrechnungen ermittelt. Diese sind derzeit die genaueste Methode, die Tempe-raturentwicklung und den Energiebedarf von Gebäuden zu berechnen. Die Validität des ver-wendeten dynamischen Gebäudesimulationsprogramms TAS ist in [Knissel 1998] nach-gewiesen. Von der Richtigkeit der Simulationsergebnisse kann unter den angegebenen Randbedingungen also ausgegangen werden.
Verfeinert werden können die Simulationen durch die Integration von Lichtsimulationsrech-nungen zur Bestimmung des Kunstlichtbedarfs. In der verwendeten Version 8.0 des
Pro-gramms TAS ist dies jedoch nicht möglich. Entsprechend wird der Kunstlichtbedarf über den Tageslichtquotient und die in [LEE 1995] ausgewiesenen Tabellen bestimmt. Der so berechnete Jahresstrombedarf wird in Tagesprofile umgesetzt und in die Simulations-rechnungen integriert (Anhang A-8.2.4). Das Verfahren zur Bestimmung des Jahresstrom-bedarfs der Beleuchtung wird seit Jahren in der Schweiz (SIA 380/4) und in Deutschland (LEE) in der integralen Planung angewandt. Die so berechneten Stromverbräuche können damit als realistisch eingeschätzt werden.
Ergänzend zu den Simulationen werden einfache Ansätze aus der SIA 380 verwendet, um die Positionen „Warmwasser“ und „diverse Technik“ sowie den Aufwand an Hilfsenergie zu quantifizieren (siehe Tab. 4-7). Da diese Punkte in beiden Ausführungsvarianten konstant sind oder nur einen geringen Beitrag zum gesamten Primärenergiebedarf liefern, wird die Belastbarkeit der Ergebnisse hierdurch nicht wesentlich eingeschränkt.
b) Von entscheidender Bedeutung für eine realitätsnahe Einschätzung des energetischen Verhaltens ist das vom Benutzer definierte Gebäudemodell. In der vorliegenden Untersuchung wird das Gebäudemodell sehr sorgfältig definiert. So werden u. a. eine über-schlägige Beleuchtungs- und Lüftungsplanung für das betrachtete Beispielgebäude durchgeführt und auf dieser Grundlage die entsprechenden Simulationsparameter definiert.
Das Gebäudemodell weist somit im Bereich der technischen Komponenten einen hohen Realitätsbezug auf.
Eine Vereinfachung wird im Bereich der Nutzung getroffen. Es werden vier thermische Zonen abgebildet: Flur, Nebenräumen, Nord-Büro und Süd-Büro. Das tatsächliche Nutzungsprofil von Bürogebäuden ist jedoch differenzierter. Es umfasst u. a. niedrig-, mittel und hochinstallierte Büros, Besprechungsräume, Eingangsbereich, Kantine usw. Da in der vorliegenden Untersuchung systematische Aussagen u. a. bezüglich unterschiedlicher Einflussparametern gewonnen werden sollen, wird auf eine weitere Differenzierung verzichtet. Für die energetischen Aussagen ist dies ohne Bedeutung, solange die angenommenen internen Wärmequellen dem Mittelwert des zu bewertenden Gebäudes / Gebäudebereichs entsprechen. Der Raumkomfort muss jedoch raumweise ermittelt werden.
Für Gebäudebereiche oder Räume mit deutlich höheren internen Wärmequellen wie z. B.
Versammlungsräume oder Serverräume müssen deswegen gesonderte Untersuchungen angestellt werden.
Die Aussagen zur Primärenergieeinsparung und zur Wirtschaftlichkeit werden durch Ver-gleich der zwei Ausführungsvarianten gewonnen und entsprechend von der Varianten-definition beeinflusst. In der vorliegenden Arbeit sind die verglichenen Gebäudevarianten so gewählt, dass die eine im Bereich des „Minimums“, die andere im Bereich des „Maximums“
der heute bei Neubauten erzielbaren energetischen Effizienz liegt. Damit wird der in der Realität existierende Bereich „eingerahmt“. Bei dieser Variantendefinition ergibt sich die maximal erreichbare Primärenergieeinsparung. Wird das gesamte Effizienzniveau des
„Standard-Bürogebäudes“ auf das Niveau des „Niedrigenergie-Bürogebäudes“ aus [Knissel 1999] angehoben und damit der Ausgangszustand für den energetischen Vergleich deutlich verbessert, ist mit der Variante „Passiv-Bürogebäude“ trotzdem noch eine Primärenergie-einsparung von etwa 50 % zu erzielen.
Durch die Umsetzung einer hohen energetischen Effizienz lässt sich eine wesentliche Einsparung beim Primärenergiebedarf erzielen. Gleichzeitig beeinflusst der hohe Effizienz-standard das sommerliche Temperaturverhalten positiv. In Verbindung mit einem guten Sonnenschutz und der Möglichkeit zur freien Kühlung kann so ohne Komfortverlust auf eine aktive Kühlung verzichtet werden.
c) Die Primärenergieeinsparung und der Raumkomfort sind quantitativ nicht einfach auf andere Gebäude übertragbar, sondern müssen jeweils individuell berechnet werden. Aussagen darüber, wie sich der Primärenergiebedarf und der Raumkomfort bei anderen Rand-bedingungen darstellen, werden durch eine Parameterstudie erarbeitet. Es werden wichtige Gebäudeparameter variiert und die Auswirkungen auf Primärenergiekennwert und Raumkomfort dargestellt. Die Ergebnisse lassen sich wie folgt zusammenfassen:
· Geometrische Größen wie Fensterflächenanteil der Hauptfassaden, Orientierung der Hauptfassaden oder A/V-Verhältnis haben keinen wesentlichen Einfluss auf den Primärenergiekennwert. An die Kubatur des Gebäudes werden also aus energe-tischer Sicht keine zwingenden Anforderungen gestellt.
· Der Luftwechsel kann deutlich über den nach DIN 1946 erforderlichen Mindest-außenvolumenstrom erhöht werden. Wird eine effektive Wärmerückgewinnung und ein Kanalnetz mit geringem Strömungswiderstand eingesetzt, bleibt auch bei einer Erhöhung des Luftwechsels in den Büros von 1,3 h-1 auf 3 h-1 der Strom- und der Heizenergiebedarf auf einem niedrigen Niveau.
· Die Reduktion der internen Wärmequellen ist von zentraler Bedeutung zur Umset-zung von energieeffizienten Gebäudekonzepten. Sie ermöglicht den Verzicht auf eine aktive Kühlung sowie die Umsetzung eines hohen Wärmeschutzes ohne die Gefahr von sommerlichen Überhitzungen. Zudem tragen energieeffiziente Geräte durch den geringen Stromverbrauch direkt zur Reduktion des Primärenergiebedarfs bei.
Für den Bau von energieeffizienten Gebäuden lässt sich damit schlussfolgern:
Bei der Realisierung energieeffizienter Gebäude besteht ein großer Gestaltungs-spielraum. Geometrische Größen haben nur eine untergeordnete Bedeutung für das energetische Verhalten. Wesentlich ist eine hohe Effizienz der internen Wärmequellen (z. B. Beleuchtung, Arbeitshilfen), ergänzt um einen hohen Wärmeschutz der Gebäude-hülle, eine effiziente Wärmerückgewinnung und einen geringen Stromverbrauch der Lüftungsanlage.
Betätigt werden die Aussagen zum Primärenergiebedarf und Raumkomfort durch die ersten realisierten Bürogebäude mit ähnlich hoher energetischer Effizienz. Der Vergleich der Simulationsergebnisse mit gemessenen Verbrauchswerten zeigt eine gute Überein-stimmung. Wesentliche Differenzen treten nur beim Stromverbrauch der Arbeitshilfen auf.
Wirtschaftlichkeit
a) Zur Bewertung der Wirtschaftlichkeit wird mit der Kapitalwertmethode ein übliches Verfahren der Investitionsrechnung verwendet. Bei der Kapitalwertmethode werden die zu unterschied-lichen Zeitpunkten anfallenden Ein- und Auszahlungen auf den Anfangszeitpunkt abgezinst (dynamisches Verfahren). Dadurch wird u. a. die Veränderung des Geldwertes im Zeitverlauf berücksichtigt.
b) Nicht berücksichtigt bei der ökonomischen Bewertung werden steuerliche Aspekte. Diese hängen stark von der individuellen Situation des Investors ab. In der Regel werden sich steuerliche Aspekte jedoch positiv auf die Wirtschaftlichkeit auswirken.
c) Auch die hier gemachten Aussagen zum Kapitalwert sind zunächst auf die getroffenen Randbedingungen und Annahmen beschränkt und müssen individuell überprüft werden. So hängt die Wirtschaftlichkeit neben der Definition der beiden Ausführungsvarianten von den getroffenen Kostenannahmen sowie weiteren Randbedingungen ab: Energiepreis, Energie-preissteigerung, Inflationsrate, Kalkulationszins, Betrachtungszeitraum. Es lässt sich jedoch die Schlussfolgerung ziehen:
Bei energieeffizienten Bürogebäuden können durch Einsparungen bei den Investitionskosten für die Haustechnik Mehrinvestitionen z. B. im Bereich des Baukörpers und der Arbeitshilfen kompensiert werden. Dies wirkt sich positiv auf die Wirtschaftlichkeit aus. In Verbindung mit den geringeren Energie- und Wartungskosten kann deswegen ein hoher Effizienzstandard wirtschaftlich sein.
Fazit
Die Simulationsrechnungen zeigen, dass bei Büro- und Verwaltungsgebäuden eine hohe Energieeffizienz möglich ist und sogar wirtschaftlich sein kann. Dies wird von den ersten Modellprojekten bestätigt. Sofern die Umsetzung in der Breite gelingt, kann mit derart energie-effizienten Gebäuden ein wesentlicher Beitrag zur Reduktion des CO2-Ausstoßes geleistet werden.
Zweiter Teil: Vorschlag für ein sinnvolles Wärmeschutzniveau bei energieeffizienten Bürogebäuden (Abschnitt 5)
Die Wirtschaftlichkeit wird bei der Ausführungsvariante „Passiv-Bürogebäude“ neben den Einsparungen bei Energie- und Wartungskosten durch eine Reduktion der Investitionskosten für die Haustechnik erreicht. Um diese Investitionskosteneinsparungen zu realisieren, müssen bestimmte Effizienzniveaus im Bereich der internen Wärmequellen (Beleuchtung und Arbeits-hilfen) und beim Wärmeschutz der Gebäudehülle eingehalten werden. Die erforderlichen Effizienzniveaus können nicht pauschal angegeben werden, sondern müssen individuell in Abhängigkeit von den jeweiligen Gebäudeparametern ermittelt werden. Eine Möglichkeit die Effizienzstandards zu ermitteln sind dynamische Simulationsrechnungen. Da diese heute aber nur bei wenigen Objekten durchgeführt werden, ist die Entwicklung einfacher Planungskenn-größen - so genannter EffizienzkennPlanungskenn-größen - zur individuellen Bestimmung der
Effizienz-größe. Im Abschnitt 5 wird die Winter-Kenngröße ausgearbeitet, aus der sich Anforderungen an den Wärmeschutz der Gebäudehülle ableiten. Als Ausgangspunkt für die weiteren Betrachtungen wird folgende Winter-Bedingung aufgestellt.
Winter-Bedingung
Der Wärmeschutz der Gebäudehülle ist so zu dimensionieren, dass das Gebäude mit dem hygienisch erforderlichen Außenluftvolumenstrom über die Zuluft beheizt werden kann.
Quantifiziert wird die Winter-Bedingung über eine Winter-Kenngröße: den mittleren Wärmedurchgangskoeffizienten der Gebäudehülle Uges. Dieser muss einen gewissen Grenzwert einhalten. Der Grenzwert wird als Winter-Kriterium Umax bezeichnet. Anstelle der Trilogie
„Bedingung - Kenngröße - Kriterium“ wird im Folgenden häufig vereinfachend von der Winter-Kenngröße gesprochen.
Vor einer mathematischen Beschreibung der Kenngröße wird untersucht, ob die Winter-Bedingung tatsächlich geeignet ist, ein energetisch wie ökonomisch sinnvolles Wärmeschutz-niveau zu beschreiben.
· Energetisch sinnvoll ist ein hoher Wärmeschutz nur, wenn dieser die sommerliche Temperaturentwicklung nicht wesentlich verschlechtert. Andernfalls könnte eine aktive Kühlung und damit ein zusätzlicher Strombedarf erforderlich werden. Eine Analyse der Energiebilanz zeigt, dass sich bei einer Erhöhung des Wärmeschutzes zwar ein geringer Anstieg der inneren Energie - und damit der Raumtemperatur - an heißen Sommertagen ergibt, dieser Anstieg aber z. B. durch effiziente elektrische Geräte (Beleuchtung, Arbeitshilfen) oder einen Erdreichwärmetauscher kompensiert werden kann. Bei der Variante „Passiv-Bürogebäude“ liegt die Reduktion der inneren Energie durch die effizienten elektrischen Geräte und den Erdreichwärmetauscher um den Faktor 7,5 über dem Wert, der für die Kompensation des erhöhten Wärmeschutzes erforderlich wäre. Ein hoher Wärmeschutz kann also eingebunden in ein energieeffizientes Gebäudekonzept ohne die Gefahr von Überhitzungen im Sommer realisiert werden.
· Dass die Winter-Kenngröße einen ökonomisch sinnvollen Standard beschreibt, zeigt eine Wirtschaftlichkeitsbetrachtung. Der Verzicht auf Heizkörper beschreibt das Optimum der Wirtschaftlichkeitskurve, sofern der Einsatz von Fenstern mit 3-fach-Wärmeschutz-verglasungen und gut gedämmten Rahmen vorausgesetzt wird. Da in dieser Arbeit energieeffiziente Gebäude untersucht werden, wird der Einsatz dieser Fenster unterstellt.
Nachdem die prinzipielle Eignung der Winter-Bedingung bestätigt ist, wird eine Berechnungs-gleichung für die Winter-Kenngröße aufgestellt. Über diese BerechnungsBerechnungs-gleichung kann das Wärmeschutzniveau bestimmt werden, das für eine Luftheizung erforderlich ist. Der sich berechnende Grenzwert Umax entspricht dem einzuhaltenden Winter-Kriterium.
Eine Sensitivitätsanalyse verdeutlicht, dass die Beheizbarkeit über die Zuluft je nach Randbedingungen mit sehr unterschiedlichen Werten von Umax erreicht wird. Bei großen Gebäuden mit einem hohen Hauptnutzflächenanteil kann das erforderliche Wärmeschutzniveau sogar unter dem der Wärmeschutzverordnung 1995 liegen. Da mit der Winter-Kenngröße
neben dem ökonomischen auch ein energetisch hochwertiger Standard beschrieben werden soll, wird der zulässige Bereich für Umax eingegrenzt und spezielle Randbedingungen vorgeschlagen (Effizienzrandbedingungen), die zur Berechnung herangezogen werden sollen.
Eine Ziel bestand darin, die Berechnungsgleichung einfach zu gestalten, damit diese bereits in einem frühen Planungsstadium angewandt werden kann. Hierzu wurden Vereinfachungen beim Berechnungsansatz getroffen. Zwei wesentliche Vereinfachungen sind:
· es wird eine stationäre Bilanz für das Gebäude erstellt, d. h. dynamische Vorgänge werden vernachlässigt
· es wird eine gebäudebezogene Betrachtung durchgeführt, d. h. raumspezifische Eigen-schaften werden nicht berücksichtigt.
Soll das Konzept der Luftheizung bei einem Bauprojekt umgesetzt werden, sind weiterführende objektbezogene Untersuchungen erforderlich. Diese betreffen insbesondere die Temperatur-entwicklung bei einer raumweisen Betrachtung und das sich daraus ergebende Betriebs- und Regelkonzept. In der vorliegenden Arbeit werden diesbezüglich bereits systematische Unter-suchungen durchgeführt, aus denen folgende Aussagen getroffen werden können.
· Aus der raumbezogenen Betrachtung können sich schärfere Anforderungen an den Wärmeschutz ergeben. Diese lassen sich aber durch eine entsprechende Grundriss-gestaltung reduzieren. Da der spätere Heizenergieverbrauch vom Wärmeschutz des gesamten Gebäudes abhängt, wird der Wärmeschutz weiterhin über die gebäudebezogene Betrachtung definiert.
· Das Aufheizen des Gebäudes nach einer Nachtabschaltung (9 Stunden) ist in der Regel mit dem aus hygienischen Gründen erforderlichen morgendlichen Vorlauf der Lüftungsanlage von 4 Stunden (Spülphase) möglich. Nach einer Wochenendabschaltung muss die Vorlaufzeit der Lüftungsanlage deutlich über die morgendliche Spülphase hinaus verlängert werden. Diese gebäudebezogenen Aussagen gelten auch für kritische Einzelräume.
Fazit
Mit der Winter-Kenngröße ist eine einfache Planungskenngröße entwickelt, die einen energetisch hochwertigen und wirtschaftlich sinnvollen Wärmeschutz beschreibt. Über eine Berechnungsgleichung lässt sich der mittlere Wärmedurchgangskoeffizient der Gebäudehülle Umax berechnen, der für eine Beheizung über die Lüftungsanlage und damit den Verzicht auf Heizkörper erreicht oder unterschritten werden muss. Dies ist ein Schritt hin zu Hilfsmitteln für die Planung von energieeffizienten Bürogebäuden. Die Winter-Kenngröße muss nun durch die Anwendung in der Planung überprüft und um die Sommer-Kenngröße ergänzt werden (siehe Abschnitt 7).
7 AUSBLICK
Im Verlauf der Arbeit wurde an den jeweiligen Stellen bereits auf den noch erforderlichen Untersuchungsbedarf hingewiesen. Dies soll an dieser Stelle nicht umfassend wiederholt werden, sondern nur die wichtigsten Linien aufgezeigt werden.
Um die Umsetzung von energieeffizienten Bürogebäuden auf dem Niveau des „Passiv-Bürogebäudes“ zu fördern, müssen die theoretischen Ergebnisse der hier durchgeführten Beispielrechnungen (Abschnitt 4) durch weitere Modellprojekte verifiziert und untermauert werden. Neben der erzielbaren Primärenergieeinsparung sind in den Modellprojekten auch die Mehr- bzw. Minderkosten zu dokumentieren, um Aussagen zur Wirtschaftlichkeit machen zu können.
Die Erfahrungen aus den ersten realisierten Modellgebäuden zeigen einen hohen Primärenergieverbrauch der Arbeitshilfen. Die in den Simulationsrechnungen ausgewiesene weitgehende Primärenergieeinsparung muss in diesem Bereich noch durch konkrete Beispiele untermauert werden. Ein denkbarer Weg hierzu ist die Auflage eines Förderprogramms, z. B.
entsprechend dem Programm „Solaroptimiertes Bauen“. Die Förderbedingungen sollten unter anderem Anforderungen an den Effizienzstandard der Arbeitshilfen enthalten.
Die Winter-Kenngröße muss in der Planung angewandt und gegebenenfalls auf der Grundlage der Praxistests modifiziert werden. Darüber hinaus sind die konkreten Möglichkeiten zur Umsetzung der Luftheizung in Bürogebäuden weiter zu untersuchen. Offen ist insbesondere die Frage, ob und mit welchen Betriebs- und Regelkonzepten die Temperatur- und Außenluft-anforderungen bei Räumen mit unterschiedlich hohen internen Wärmequellen sichergestellt werden können.
Ergänzt werden muss die Winter-Kenngröße um eine Sommer-Kenngröße, die die Höhe der internen Wärmequellen beschreibt, bis zu der ohne nennenswerten Komfortverlust auf eine aktive Kühlung verzichtet werden kann (siehe Abb. 3-1). Zwar kann die Winter-Kenngröße bei Gebäuden mit reduzierten internen Wärmequellen und/oder Erdreichwärmetauscher auch alleine angewandt werden. Für die Optimierung von Gebäudeentwürfen ist jedoch die Kopplung beider Größen sinnvoll.
Liegen genügend Erfahrungen über den tatsächlichen Energieverbrauch von energieeffizienten Gebäuden vor, sollte auf dieser Grundlage ein maximaler Primärenergiekennwert definiert werden, der zusammen mit der Winter- und der Sommer-Kenngröße einen energetisch hochwertigen Standard bei Bürogebäuden beschreibt (siehe Abb. 5-1).
Mit der vorliegenden Untersuchung ist ein Weg aufgezeigt, die Umwelt von CO2-Emissionen zu entlasten bei gleichzeitigen wirtschaftlichen Vorteilen für die Investoren. Aufgrund dieser positiven Potenziale sollten die weiterführenden Fragen bald untersucht und so die Grundlagen für die Umsetzung in der Breite geschaffen werden.